某地下车库特殊环境下的上浮破坏形态

PAGEPAGE6某地下车库特殊环境下的上浮破坏形态分析刘闵（山东三箭建设工程股份有限公司山东济南250100）[摘要]：南方某住宅工程，柱、梁、顶板均出现了不同程度的破坏，经分析，原因为地下车库结构施工完成后因水位上升出现上浮。本文对事故全过程进行了描述，对破坏产生的原因进行了理论分析。通过对该事故的研究，笔者从总包单位的角度提出了防止地下工程上浮应关注的重点问题，以期为今后类似工程的设计施工提供参考，为类似事故及时正确的分析判断提供依据。[关键词]：地下车库；特殊环境；上浮；破坏1工程概况图1工程总平面示意图南方某省住宅工程设计于2011年11月，由3栋高层住宅及地下车库组成，总建筑面积约36300m2。3栋高层住宅均为18层，剪力墙结构，筏板基础。地下车库建筑面积约5700m2，框架结构，柱下独立基础结合梁板式防水底板，防水底板厚350mm，防水底板底标高-7.4m，房心回填土厚度850mm，素混凝土地面厚度200mm。框架柱截面尺寸500mm×500mm，框架梁截面尺寸主要为300mm×750mm和400mm×1000mm。工程于2012年上半年开工建设，2013年初通过主体结构验收转入装饰阶段施工。出现破坏部位的柱网主要间距为8.4m×5.4m、8.4m×5.1m、8.4m×7.8m、8.4m×7.5m，基础混凝土强度等级为C30，柱、墙、顶梁板混凝土强度等级为C35。图1工程总平面示意图图2基底-地面剖面图2破坏形态图2基底-地面剖面图2013年6月26日，项目施工人员发现，车库部分框架柱的底部和顶端出现了裂缝，个别梁柱节点部位出现了压碎现象。此时，该车库已完成了房心回填土施工，并于6月25日开始施工200mm厚地面混凝土垫层。笔者与技术人员对车库全部框架柱进行了编号并进行检查统计。经统计，结构的破坏特征如下：1、总体来看，破坏出现在主楼投影面积以外的地下车库部分，主楼及主楼下部的地下室未出现构件的破坏。图3框架柱裂位置缝示意图2、柱的破坏情况：有39根柱子出现了不同程度的柱顶部和柱根部裂缝，最大裂缝宽度1mm，6个梁柱节点部位单侧出现压碎的现象，个别梁柱节点部位开放性破坏（混凝土被拉开）。柱裂缝多呈半环状，且柱顶部裂缝和柱根部裂缝均出现在相对侧。图3框架柱裂位置缝示意图图4柱顶半环状裂缝照片图5柱底半环状裂缝照片图4柱顶半环状裂缝照片图5柱底半环状裂缝照片图7破坏较严重框架柱位置示意图图6梁柱节点部位压碎照片图7破坏较严重框架柱位置示意图图6梁柱节点部位压碎照片3、梁的破坏情况梁的破坏集中在高层住宅附近以及车库最西侧一跨（如图8所示）。约十余根车库与住宅楼、车库与外墙相连的框架梁在靠近住宅楼或车库外墙一端出现裂缝，南侧住宅楼转角部位（F-J轴交11轴，F轴交10-11轴）的梁裂缝较为明显，最宽约0.7mm。4、板的破坏情况（1）板顶J轴-H轴约跨中位置出现东西向通长裂缝，9轴交J轴以南位置沿9轴梁西侧出现南北向裂缝（如图9所示），缝宽约0.3mm。图8梁破坏位置示意图（2）板底图9中所示39#、33#、35#框架柱梁板节点部位朝向车库中部出现裂缝，长度约为本跨跨度的1/4。缝宽约0.3mm。裂缝情况如图10所示。图8梁破坏位置示意图图10板破坏情况照片图9板破坏位置示意图3破坏原因分析图10板破坏情况照片图9板破坏位置示意图笔者首先检查了结构混凝土试块的检验报告，并对实体结构混凝土强度进行了回弹，混凝土强度达到设计要求。分析上述破坏形态，框架柱顶部和底部的裂缝出现在相对侧，且顶部裂缝的对侧出现压碎的现象，这可以初步判定框架柱和梁出现了相对倾斜。既然梁柱发生相对倾斜，底板和基础应该也有变形，因此，笔者对车库的地面标高进行了抄测，结果显示车库地面标高最高点出现在7#柱~8#柱的中间部位，较25#柱、37#柱、35#柱（图9中圈注）附近的测点高出约250mm。考虑到发现破坏前的一段时间当地连日暴雨，遂对车库旁边的槽边回填土进行了挖掘观察，发现槽边的水位一直处于车库顶板以下约0.8-1.0m处，经计算，高于车库防水底板底标高4.6-4.8m。由于设计文件没有考虑工程的抗浮水位，笔者对其抗浮情况进行了估算，车库自重（不考虑主楼）约为112000kN，4.8m水头产生的浮力约为153600kN，地下水的浮力大于车库自重。根据地质勘察报告描述，本工程地基持力层为中风化花岗岩，勘察期间未见地下水，但勘察单位要求考虑采取抗浮措施，设计单位未采纳该建议。基于上述情况，笔者推定，地下车库出现了上浮。由于主楼部分自重远大于水的浮力，而车库部分上浮，使主楼和车库之间产生了相对较大的剪力，此剪力由主楼向车库方向呈现递减趋势。应力超过了混凝土的抗拉强度的部分，梁端和部分顶板就产生了裂缝。由于梁变形的牵拉作用使梁和框架柱之间产生了相对倾斜，进而使框架柱产生弯剪裂缝。7#柱、8#柱附近区域距离三栋主楼的距离大致相等，在浮力作用下受到来自三栋主楼的约束最小，浮力作用下的位移表现最为明显，框架柱与梁的相对倾斜最为严重，所以此区域附近的框架柱破坏也最为严重。对于高水位的来源，笔者对周边情况进行了实地踏勘，发现工程建设场地周边的自然水位高度远低于车库槽边范围内；笔者又查阅了有关资料，发现破坏情况前十天，当地累计降水量达到350mm；经查阅施工资料，发现该工程在基坑开挖时对槽边做了混凝土锚喷支护，在进行槽边回填之前，未将混凝土护壁破除，这就使基坑范围内的积水无法及时向外渗透，形成了槽边范围内的高水位。4加固处理概况总包方委托专业的加固单位进行了加固设计和施工。首先对槽边一定范围进行开挖，在原基坑支护的混凝土护壁上开凿数个10m2左右的开口，同时设法进行缓慢降水（每日降水不超过500mm），将水位降到底板底标高后进行加固。对于车库500mm×500mm的框架柱，采取植筋灌注C40混凝土灌浆料的方式将截面加大到700mm×700mm；对于图8所示出现破坏的梁和图9所示出现破坏的板底，采用碳纤维加固。对于图9所示板顶的裂缝，在裂缝两侧各一跨范围内附加一层双向钢筋网并浇筑100mm厚无收缩混凝土，加大板厚。上述加固施工完成后回填顶板覆土，然后在车库地面增加一道钢筋混凝土配重层，以加大车库自重。5结语本上浮事故的特殊之处在于，建设场地勘探范围内无地下水，但勘察报告中提示应考虑抗浮措施，设计单位未采纳勘察单位的建议，未进行抗浮设计。工程基础持力层为中风化花岗岩，施工期间为保证边坡稳定，确保施工安全，施工单位采取了对边坡进行挂钢筋网喷混凝土支护的措施，但在基坑回填时未将边坡护壁混凝土破除，这样，边坡护壁与基底中风化花岗岩共同组成了类似“盆”的结构。工程地处北回归线以南，雨水偏多。2013年6月份的连日暴雨使“盆”内水位急剧上升，未破除的基坑护壁阻止了基坑范围内的积水向基坑外渗透，水位达到一定高度后产生的浮力大于车库的自重，使车库出现上浮的现象。加固前的降水阶段，水位降至底板底标高处后，最高点和最低点的高差回落至约110mm。通过本次事故，在建筑抗浮方面，笔者认为以下几个方面的问题应引起重视：5.1抗浮设计设计单位需要充分重视地下水浮力对结构的不利影响，并应综合考虑建设地的特殊环境和气候特征，对于基础持力层为不透水层，或基础持力层以下的相对较浅的位置有不透水层的地下建筑，应充分考虑地表水、大气降水的影响。进行抗浮计算时，应认真考虑抗浮设防水位的取值。5.2降排水措施对于地下水位较高的工程，在施工过程中必须严格执行降水方案，在抗浮设计的各项措施（如顶板覆土、底板配重等）全部施加之前不得停止降水。对于基坑深度范围内无地下水的工程，在基坑外围回填之前，坑内外应有可靠的降排水措施，防止因地表水渗透、大气降水等造成基坑内出现积水。5.3护壁的破除基坑开挖过程中形成的基坑护壁，应在基坑回填的同时应进行破除或开口，以保证大气降水后积聚在基坑范围内的地表水能很快